DE4426317A1 - Einrichtung zur Unterdrückung von Schwingungen in einer Kurbelwelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Unterdrückung von Schwingungen in der Kurbelwelle einer Verbrennungskraft­ maschine.

Die Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine wird durch die Einwirkung der von den Pleuelstangen übertragenen Kräfte einer Serie von Impulsen unterworfen. Wenn diese Impulse in derselben Größenordnung wie die Eigenfrequenz der Kurbel­ welle auf diese übertragen werden, entstehen unerwünschte Schwingungen, zu deren Dämpfung oder Abschwächung unter­ schiedliche Anordnungen eingesetzt werden.

So ist bereits vorgeschlagen worden, mehrere Trägheitskörper oder Gewichte an dem mit dem Ende der Kurbelwelle verbunde­ nen Schwungrad anzubringen. Die Trägheitsgewichte können sich gegenüber der Kurbelwelle relativ frei sowohl in radi­ aler als auch in Umfangsrichtung bewegen, um von der Kurbel­ welle Energie aufzunehmen und in diese einzuleiten und damit den gewünschten Dämpfungseffekt zu erzielen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den Einsatz einer solchen Ein­ richtung bei einem Schwungrad zu ermöglichen, das Teil einer Reibungskupplung ist, wobei die Trägheitsgewichte vor einer Beschädigung durch die Wärme geschützt werden sollen, die durch die Reibung zwischen der Kurbelwelle und einer Rei­ bungskörperanordnung der Kupplung erzeugt wird.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs ge­ löst; die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen zum Gegenstand.

Erfindungsgemäß umfaßt die Einrichtung zur Unterdrückung von Schwingungen in einer Kurbelwelle:
eine Reibungskupplung mit einer Reibungskörperanordnung,
ein einen Teil der Reibungskupplung bildendes Schwungrad, das mit dem Reibungskörper in Eingriff zu bringen ist, und
eine mit der Motorkurbelwelle und dem Schwungrad verbundene und mit diesen um die Achse der Motorkurbelwelle rotierende Treibscheibe,
wobei die Treibscheibe elastisch ist und in einer zu der Achse normal verlaufenden Ebene eine erste Steifigkeit bzw. dynamische Elastizität aufweist, die ausreichend groß ist, um ein Drehmoment zwischen der Motorkurbelwelle und dem Schwungrad zu übertragen, sowie in einer die Achse ein­ schließenden Ebene eine zweite Steifigkeit bzw. dynamische Elastizität aufweist, die geringer ist als die erste Stei­ figkeit,
und wobei die Treibscheibe eine Reihe von Taschen aufweist, die in Abstand in einem Kreis um die Drehachse angeordnet sind, und Trägheitsgewichte in die jeweiligen Taschen so eingesetzt sind, daß sie darin rollen können.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 in einem Schnitt in der Linie 1-1 von Fig. 2 eine Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine im Maßstab verkleinerte Vorderansicht in Rich­ tung des Pfeiles 2 von Fig. 1 mit weggelassener Motorkurbelwelle,

Fig. 3 eine Teilvergrößerung von Fig. 2 dar, die die von einem Trägheitsgewicht eingenommen verschiedenen Stellungen während einer Kurbelwellenumdrehung zeigt.

Fig. 1 zeigt die Kurbelwelle 10 einer Verbrennungskraftma­ schine, eine Treibscheibe 12 und ein Schwungrad 14.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, besitzt die Treibscheibe 12 eine zentrale kreisförmige Öffnung 18 und eine Reihe von inneren Bohrungen 20, die in gleichen Abständen entlang eines zu der kreisförmigen Öffnung 18 konzentrischen Kreises liegen. Durch diese Bohrungen 20 ist die Treibscheibe 12 mittels Kopfschrauben oder Bolzen 22 an dem hinteren Ende der Kur­ belwelle 10 zu gemeinsamer Drehung um eine Achse 24 befes­ tigt. Angrenzend an ihren Außenumfang hat die Treibscheibe 12 eine Reihe von Bohrungen 26, die in gleichen Abständen entlang eines zu der Achse 24 konzentrischen Kreises liegen. Durch diese Bohrungen 26 ist die Treibscheibe 12 mittels Kopfschrauben oder Bolzen 28 an dem Schwungrad 14 befestigt.

Die Kopfschrauben 28 sind in zugehörige Gewindebohrungen 30 geschraubt, die in eine axial vorstehende Verdickung 32 des Schwungrades 14 eingeformt sind. Die axial vorstehende Ver­ dickung 32 verläuft in einem Kreis um die Achse 24 und ist angrenzend an den Außenumfang 34 des Schwungrades 14 ausge­ bildet. Das Schwungrad 14 besitzt eine zentrale Öffnung 36 und eine diese zentrale Öffnungen 36 definierende innere Um­ fangskante 38. Ferner besitzt das Schwungrad 14 eine Ausneh­ mung 40, die sich von der inneren Umfangskante 38 radial nach außen bis zu der axial vorstehenden Verdickung 32 er­ streckt. Die Treibscheibe 12 liegt an der axial vorstehenden Verdickung 32 und bildet einen Spalt 42.

In der zentralen Öffnung 36 des Schwungrades 14 ist ein Ein­ stell- bzw. Verstärkungsring 44 angeordnet, der an einem axialen Ende mit einem Flansch 46 versehen ist. Über diesen Flansch 46 ist der Einstellring 44 mittels der Kopfschrauben 22 an der Treibscheibe 12 festgelegt. Um eine axiale Verla­ gerung der Treibscheibe 12 gegenüber dem Einstellring 44 in Richtung der Achse 24 der Innenkante 38 des Schwungrades 14 zu begrenzen, weist der Einstellring 44 eine Abkantung 48 auf.

Die entgegengesetzte Seite des Schwungrades 14 trägt eine Reibungskupplung 50. Die Reibungskupplung 50 ist von bekann­ ter Bauart mit einer Abdeckung 52, einer Reibungskörperan­ ordnung 54 und einer Druckplatte 56, die den Reibungskörper in festen Eingriff mit der anderen Seite des Schwungrades 14 vorspannt. Durch den Reibungseingriff der Reibungskörperan­ ordnung 54 mit dem Schwungrad 14 wird Wärme erzeugt. Da die Treibscheibe 12 und das Schwungrad nur an ihren radial außenliegenden Kanten in direkter Berührung sind und der Spalt 42 vorgesehen ist, wird die Übertragung von Wärme von dem Schwungrad 14 auf die Treibscheibe 12 auf ein Minimum reduziert.

An seinem Außenumfang besitzt das Schwungrad 14 eine Verzah­ nung 58.

Das Schwungrad 14 ist als starres Trägheitsteil ausgebildet, während die Treibscheibe 12 aus einer elastischen Platte besteht. Die Treibscheibe 12 weist in einer zu der Achse 24 normal verlaufenden Ebene eine erste Steifigkeit bzw. dyna­ mische Elastizität auf, die hoch genug ist, um das Drehmo­ ment zwischen der Motorkurbelwelle 10 und dem Schwungrad 14 zu übertragen, und in einer die Achse 24 einschließenden Ebene eine zweite Steifigkeit bzw. dynamische Elastizität, die geringer als die erste Steifigkeit ist. Anders ausge­ drückt ist die Scheibe 12 in der die Achse 24 einschließen­ den Ebene elastisch.

Die Treibscheibe 12 ist mit einer Reihe von Taschen 60 ver­ sehen, die in gleichen Abständen auf einer Kreislinie um die Achse 24 angeordnet sind, und Trägheitsgewichte 62 sind so angeordnet, daß sie in den jeweiligen Taschen 60 rollen können.

Wenn die Kurbelwelle 10 umläuft, werden die Trägheitsgewich­ te 62 gegen die radial äußeren Flächen der Taschen 60 ge­ drückt und nehmen die in Fig. 2 gezeigte Lage ein. Wenn die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 10 vollständig konstant bliebe, würden die Trägheitsgewichte 62 dauernd in dieser Lage bleiben. Die Kurbelwellengeschwindigkeit bleibt jedoch nicht konstant, sondern unterliegt einer Serie von Impulsen, die sich beschleunigend und verzögernd auf die Kurbelwelle 10, die Treibscheibe 12 und das Schwungrad 14 auswirken.

Das Verhalten der Trägheitsgewichte 62 während der Beschleu­ nigung und Verzögerung der Kurbelwelle 10 und der Treib­ scheibe 12 wird in Fig. 3 verdeutlicht, in der die Bewegung des Trägheitsgewichts 62 entlang der Fläche der Tasche 60 dargestellt ist. Unter der Voraussetzung, daß die Beschleu­ nigung der Treibscheibe 12 die durch den Pfeil 64 bezeichne­ te Richtung hat, erzeugt die Massenträgheit eine durch den Vektor 66 bezeichnete Kraft nach rechts. Die auf das Träg­ heitsgewicht 62 einwirkende Zentrifugalkraft wirkt weiterhin an der Treibscheibe 12 radial nach außen, wie durch den Vek­ tor 68 angezeigt. Die Resultierende dieser beiden Vektoren ist mit 70 bezeichnet und zeigt, daß das Trägheitsgewicht 62 gegen die Seitenwand der Tasche 60 eine Kraft ausübt, die den die Treibscheibe 12 und das Schwungrad 14 beschleunigen­ den Kräften entgegenwirkt und dementsprechend zu einer Redu­ zierung der Beschleunigung führt.

Es ist zu beachten, daß das Trägheitsgewicht 62 gegen die Wirkung der Zentrifugalkraft nach innen und gegen die Träg­ heitskraft nach rechts bewegt wird. Das Trägheitsgewicht 62 hat damit Energie gespeichert, die der Treibscheibe 12, dem Schwungrad 14 und der Kurbelwelle 10 entzogen worden ist. Wenn die Beschleunigung der Kurbelwelle 10, der Treibscheibe 12 und des Schwungrades 14 auf Null zurückgeht, führt die auf das Trägheitsgewicht 62 wirkende Zentrifugalkraft das Trägheitsgewicht 62 an die Außenseite der Tasche 60 zurück, wie in Fig. 2 gezeigt. Der genaue Bewegungsablauf der Träg­ heitsgewichte 62 kann wegen der hohen Drehgeschwindigkeit der sie tragenden Treibscheibe 12 nicht beobachtet werden, jedoch ist anzunehmen, daß die in der beschriebenen Weise in dem Trägheitsgewicht 62 gespeicherte Energie das Trägheits­ gewicht 62 veranlaßt, sich über die Mittellage hinaus etwas nach links zu bewegen, wie in Fig. 3 punktiert angedeutet, und damit der Kurbelwelle 10, der Treibscheibe 12 und dem Schwungrad 14 Energie zuführt. Es ist anzunehmen, daß die Trägheitsgewichte 62 zwischen den beiden in Fig. 3 gezeigten Stellungen oszillieren und dabei der Treibscheibe 12 und dem Schwungrad 14 abwechselnd Energie entziehen und wieder zu­ führen. Da diese Oszillation außerhalb der Eigenfrequenz­ phase der Kurbelwelle 10 liegt, wirkt sie einer Schwingung der Kurbelwelle 10 entgegen oder dämpft sie ab.

Wegen des wechselnden Eingreifens und Lösens der Reibungs­ kupplung 50 speichert das Schwungrad 14 Wärmeenergie, die durch die Reibung zwischen der Reibungskörperanordnung 54 und der angrenzenden Fläche des Schwungrades 14 erzeugt wird. Diese Energie wird durch den Außenumfang des Schwung­ rades 14 an die Umgebung abgegeben. Da der unmittelbare Kon­ takt zwischen der Treibscheibe 12 und dem Schwungrad 14 auf die axial vorstehende Verdickung 32 mit dem dazwischen be­ lassenen Spalt 42 beschränkt ist, ist die Übertragung von Wärme von dem Schwungrad 14 auf die Treibscheibe 12 mit den darauf befindlichen Taschen 60 und den Trägheitsgewichten 62 auf ein Minimum reduziert. Infolgedessen können die zylin­ drischen Trägheitsgewichte 62 und die Taschen 60 nicht durch die Wärme geschädigt werden und haben eine größere Haltbar­ keit.

Es ist ferner zu beachten, daß die Biegeschwingungen der Kurbelwelle 10 durch die Elastizität der Treibscheibe 12 modifiziert werden können. Somit kann eine Resonanzfrequenz von Biegeschwingungen der Kurbelwelle 10 durch Austauschen der Treibscheibe 12 gegen eine andere abgewandelt werden, wodurch für den Hersteller der Anpassungsaufwand erleichtert wird.

Zusammengefaßt weist eine Treibscheibe 12 eine Reihe von Taschen 60 auf, die in einem Kreis um die Drehachse 24 ange­ ordnet sind, sowie Trägheitsgewichte 62, die in den Taschen abrollen können. Die Treibscheibe 12 ist an der Motorkurbel­ welle 10 zu gemeinsamer Drehung befestigt. An der Treib­ scheibe 12 ist ein Schwungrad 14 zu gemeinsamer Drehung be­ festigt. Eine Kupplung 50 weist eine mit dem Schwungrad 14 in Eingriff befindliche Reibungskörperanordnung 54 auf. Die Treibscheibe 12 ist elastisch und besitzt in einer zu der Achse 24 normal verlaufenden Ebene eine erste Steifigkeit, die ausreichend groß ist, um ein Drehmoment zwischen der Motorkurbelwelle 10 und dem Schwungrad 14 zu übertragen, so­ wie in einer die Achse einschließenden Ebene eine zweite Steifigkeit, die geringer ist als die erste Steifigkeit. Mit dieser Einrichtung wird die Übertragung von Wärme, die durch den Reibeingriff zwischen dem Schwungrad 14 und der Rei­ bungskörperanordnung 54 entsteht, auf die Taschen 60 reduziert.

Claims (5)

1. Einrichtung zur Unterdrückung von Schwingungen in einer Motorkurbelwelle, gekennzeichnet durch:
eine Reibungskupplung (50) mit einer Reibungskörperanordnung (54),
ein einen Teil der Reibungskupplung (50) bildendes Schwung­ rad (14), das mit der Reibungskörperanordnung (54) in Ein­ griff zu bringen ist, und
eine mit der Motorkurbelwelle (10) und dem Schwungrad (14) verbundene und mit diesen um die Achse (24) der Motorkurbel­ welle rotierende Treibscheibe (12),
wobei die Treibscheibe (12) elastisch ist und in einer zu der Achse (24) normal verlaufenden Ebene eine erste Steifig­ keit bzw. dynamische Elastizität aufweist, die ausreichend groß ist, um ein Drehmoment zwischen der Motorkurbelwelle (10) und dem Schwungrad (14) zu übertragen, sowie in einer die Achse (24) einschließenden Ebene eine zweite Steifigkeit bzw. dynamische Elastizität aufweist, die geringer ist als die erste Steifigkeit,
und wobei die Treibscheibe (12) eine Reihe von Taschen (60) aufweist, die in Abstand in einem Kreis um die Drehachse (24) angeordnet sind, und Trägheitsgewichte (62) in die je­ weiligen Taschen (60) so eingesetzt sind, daß sie darin rollen können.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Treibscheibe (12) und dem Schwungrad (14) an­ grenzend an die Taschen (60) ein Spalt (42) ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Schwungrad (14) eine axial vorstehende Verdickung (32) aufweist, die angrenzend an dessen Außenumfang in einem Kreis um die Achse (24) verläuft, und daß die Treib­ scheibe (12) an der axial vorstehenden Verdickung (32) unter Ausbildung des Spaltes (42) anliegt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwungrad (14) eine von einer inne­ ren Umfangskante (38) gebildete zentrale Öffnung (36) auf­ weist, und daß ein Einstellring (44) mit einem an der Treib­ scheibe (12) befestigten Flansch (46) vorgesehen ist, sowie eine Einrichtung (48) zum Begrenzen einer axialen Verlage­ rung der Innenkante (38) des Schwungrades (14) gegenüber der Treibscheibe (12) bezüglich der Achse (24).

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Taschen (60) in gleichen Abständen auf einer Kreislinie um die Achse (24) angeordnet sind.